Fonctionnement d’un ordinateur

Un ordinateur est une machine qui exécute automatiquement des programmes, c’est-à-dire des suites d’instructions. Ordinateur de bureau, portable, smartphone ou serveur fonctionnent selon le même principe, décrit dès 1945 par le mathématicien John von Neumann : un processeur qui exécute des instructions et une mémoire qui contient à la fois les programmes et les données. Le mot français « ordinateur » a été proposé en 1955 par le philologue Jacques Perret à la demande d’IBM France.

Les quatre fonctions de base

À cela s’ajoute la communication (Wi-Fi, Ethernet, Bluetooth), qui relie l’ordinateur au reste du monde (voir fonctionnement d’internet).

Les composants principaux

Le processeur (CPU)

Le processeur (central processing unit) exécute les instructions une à une, à un rythme donné par une horloge mesurée en gigahertz (3 GHz = 3 milliards de cycles par seconde). Les processeurs actuels comptent plusieurs cœurs qui travaillent en parallèle, et des milliards de transistors, de minuscules interrupteurs qui ne connaissent que deux états : c’est la raison du système binaire.

À chaque cycle, le processeur suit la même boucle : chercher l’instruction suivante en mémoire, la décoder, l'exécuter (addition, comparaison, déplacement de données), puis passer à la suivante.

La mémoire vive (RAM)

La RAM (random access memory) contient les programmes en cours et leurs données. Elle est très rapide mais volatile : son contenu disparaît à l’extinction. C’est pourquoi un document non enregistré est perdu en cas de coupure. Plus il y a de RAM (8, 16, 32 Go…), plus on peut faire tourner de programmes simultanément sans ralentissement.

Le stockage

Le stockage conserve durablement fichiers, logiciels et système :

• SSD (solid-state drive) : mémoire flash, sans pièce mobile, rapide et silencieux ; standard actuel.
• Disque dur (HDD) : plateaux magnétiques en rotation, plus lent mais moins cher au téraoctet ; utilisé pour l’archivage.
• Stockage externe et en ligne : clés USB, disques externes, cloud (voir sauvegarde des données).

La carte mère

La carte mère relie tous les composants : elle porte le processeur, les barrettes de RAM, les connecteurs de stockage et d’extension, les ports (USB, audio, réseau) et un petit programme de démarrage, le firmware (BIOS, aujourd’hui UEFI).

Le processeur graphique (GPU)

Le GPU calcule l’affichage. Conçu pour faire des milliers de calculs simples en parallèle, il est aussi devenu l’outil central de l'intelligence artificielle, dont l’entraînement repose sur ce type de calcul.

L’alimentation et le refroidissement

L’alimentation convertit le courant du secteur ; ventilateurs et dissipateurs évacuent la chaleur produite par les composants. Un ordinateur qui chauffe trop ralentit volontairement pour se protéger.

Le logiciel : système d’exploitation et applications

Le matériel ne fait rien sans logiciel. On distingue :

• le système d’exploitation (Windows, macOS, Linux, Android, iOS) : il gère le matériel, la mémoire, les fichiers, les droits des utilisateurs, et fournit l’interface ;
• les applications : navigateur, traitement de texte, jeux, qui s’appuient sur le système ;
• les pilotes : petits logiciels qui permettent au système de dialoguer avec un matériel précis (imprimante, carte graphique).

Les programmes sont écrits dans des langages de programmation, puis traduits en instructions que le processeur comprend.

Que se passe-t-il quand on allume l’ordinateur ?

1. Le firmware (UEFI) teste le matériel et cherche un support de démarrage.
2. Il charge le chargeur d’amorçage, qui lance le noyau du système d’exploitation.
3. Le système initialise pilotes et services, puis affiche l’écran de connexion.

Que se passe-t-il quand on ouvre un fichier ?

1. On double-clique : le système identifie le type de fichier et l’application associée.
2. L’application est copiée du stockage vers la RAM.
3. Le fichier est lu sur le SSD et chargé en RAM.
4. Le processeur exécute les instructions de l’application pour interpréter le fichier.
5. Le GPU compose l’image affichée à l’écran.
6. À l’enregistrement, les données repartent de la RAM vers le stockage.

Unités à connaître

Les systèmes utilisent parfois des multiples de 1 024 (kibioctet, mébioctet…), d’où l’écart entre la capacité annoncée d’un disque et celle affichée par Windows.

Questions fréquentes

Quelle différence entre mémoire vive et stockage ?

La mémoire vive sert au travail en cours et s’efface à l’extinction ; le stockage conserve les fichiers durablement. Manquer de RAM ralentit l’ordinateur ; manquer de stockage empêche d’enregistrer.

Pourquoi mon ordinateur ralentit-il ?

Le plus souvent : trop de programmes ouverts pour la RAM disponible, un stockage presque plein, un ancien disque dur mécanique, des logiciels lancés au démarrage ou une surchauffe. Remplacer un disque dur par un SSD est l’amélioration la plus efficace sur une machine ancienne.

Qu’est-ce qu’un processeur multicœur ?

Un processeur qui contient plusieurs unités de calcul indépendantes, capables d’exécuter plusieurs tâches en même temps. Les logiciels doivent être conçus pour en tirer parti.

Un smartphone est-il un ordinateur ?

Oui : il possède processeur, mémoire vive, stockage, système d’exploitation et périphériques (écran tactile, capteurs). Seuls la forme et l’usage diffèrent.